Question

12．在做“電流通過導體時產生的熱量與與什么因素有關”的實驗時，小于采用了如圖甲所示的實驗裝置．兩個透明的容器中密閉了等量的空氣，U型管中液面變化反映了密閉空氣溫度的變化．

（1）若通電時間相同，發現B玻璃管內液面上升較高，這表明：在電流和通電時間相同的情況下，導體的電阻越大，產生的熱量越多．
（2）小剛采用了如圖乙所示的實驗裝置，通電相同時間，發現C玻璃管液面上升較高，這表明：在電阻和通電時間相同的情況下，通過導體的電流越大，產生的熱量越多．
（3）該實驗中用到的研究物理問題的方法是控制變量法和轉換法．
（4）已知甲、乙兩圖中，電源電壓相等，甲、乙兩圖中的電路通電相同的時間，液面最低的是D玻璃管．

Answer 1

分析 電流產生的熱量跟電流大小、電阻大小、通電時間有關．
（1）探究電流產生熱量跟電阻關系時，控制通電時間和電流不變；
（2）探究電流產生熱量跟通電時間關系時，控制電流和電阻不變；
（3）探究電流產生的熱量跟電流大小和電阻大小關系時運用了控制變量法；
（4）根據并聯電路電阻的特點求出總電阻，根據歐姆定律比較出電流的關系，根據焦耳定律判斷出各電阻產生的熱量．

解答 解：（1）將容器中的電阻絲串聯起來接到電源兩端，通過它們的電流I與通電時間t相同，左邊容器中的電阻小于右邊容器中的電阻，由Q=I²Rt可知，右邊容器中的電阻產生的熱量多，溫度升得較快，這表明：在相同時間內，電流相同的情況下，電阻越大，電流通過導體時產生的熱量越多；
（2）裝置中一個5Ω的電阻與兩個5Ω的電阻并聯后再串聯，根據串聯電路的電流特點可知，右端兩個電阻的總電流和左端的電阻電流相等，即I_右=I_左，兩個5Ω的電阻并聯，根據并聯電路的電流特點知I_右=I₁+I₂，兩電阻阻值相等，則支路中電流相等，I₁=I₂，所以右邊容器中的通過電阻的電流是左側通過電流的一半，由Q=I²Rt可知，左邊容器中的電阻產生的熱量多，溫度升得較快；
這表明：在相同時間內，電阻相同，電流越大，通過導體時產生的熱量越多；
（3）該實驗中用到的研究物理問題的方法是控制變量法和轉換法；
（4）乙圖中兩個10Ω的電阻并聯總電阻為根5Ω，故乙圖的總電阻等于甲圖的總電阻，都等于15Ω，根據I=$\frac{U}{R}$知，在電壓一定時，電流相同，根據Q=I²Rt知，BC電流相同，電阻相同，產生的熱量相同，甲的電阻是乙的電阻的一半，產生的熱量是乙的一半，D的電流是B的電流的一半，D產生的熱量是B的四分之一，故D產生的熱量最少，D中液體的溫度低，D的液面最低．
故答案為：（2）電流；（3）轉換；（4）D．

點評 此題主要考查的是學生對“電流通過導體產生的熱量與電阻的關系”實驗的理解和掌握，注意控制變量法和轉換法的運用，同時考查了學生對焦耳定律變形公式的理解和掌握，難度較大．